（生物化学与分子生物学专业论文）能源植物乌桕的不同品种与杂种研究.pdf

t h es t u d yo nt h ed i f f e r e n tl i n e sa n dt h e i rh y b r i do fe n e r g y p l a n t - s a p i u ms e b i f e f i l mr o x b at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：f ux i u q i n s u p e r v i s o r - p r o f c a id e t i a n h u b e iu n i v e r s i t y w u h a n ，c h i n a 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 论文作者签名：彳，旁季 日期：o f 口年月，占日 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，并提供日录检索与阅览服务：学校可以允 许采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以公开学位论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 指导教师签 7 才考并 j 勺 0 百 “ p ， ， 口 加 k 期期 日 日 摘要 当前全球面临严峻的能源短缺及环境污染问题，随着化石能源的日益枯竭，发展可 再生、绿色环保的新型替代能源已成为了必然趋势。大力发展以生物柴油为代表的可再 生生物质能源，对缓解能源紧张和保障我国能源安全具有十分重要的意义。乌桕( s a p i u m s e b i f e r u mr o x b ) ，俗称“油籽树”，其种子的含油量可达4 1 以上，是生物柴油的优质原 料树种。但是，我国乌桕的单产远远低于美国的产量【l 】【2 1 。因此，研究乌桕的各种生物 学性状、光合生理特性并进行杂交实验，对于选育高产乌桕良种，提高整个乌桕生产的 产量极为重要。本文以葡萄桕p y ，鸡爪桕j y 及其杂种h y 为材料，研究了它们的光合作用 特点，分枝特性，形态特征以及分子鉴定结果。研究发现，在不同种类的乌桕比较中， 杂种h y 的株高最高，亲本p y 其次，另一亲本j y 最低，其中h y 呦y 高4 0 3 7 ；h y 的分枝数 最多，p y 其次，j y 最少，其中h y 哟y 多1 4 5 2 8 ；h y 的茎地基粗度最大，j y 其次，p y 最小， 其中h y l l p y 高2 3 0 8 ；h y 的叶片数最多，p y 其次，j y 最少，其中h y 峋y 高2 0 7 4 1 。由此 可见，杂种的形态学特征都比葡萄桕和鸡爪桕的相关参数要优，说明其长势旺盛而表现 出明显的杂种优势。 不同品种的乌桕中，其叶面积，叶绿素含量也具有不同程度的差异：h y 的叶面积最 大，j y 其次，p y 最低，其中h y 比p y 高1 6 0 7 1 。这说明，h y 品种叶片最大，所接受的光 能最多；而p y 品种则最小。h y 的叶绿素含量最高，j y 其次，p y 最低，其中h y 比p y 高1 3 8 9 ； 叶绿素含量最高的h y 类型的光合作用最强，而p y 品种则最弱。 但对不同品种乌桕叶片气体交换参数的研究发现，不同品种的乌桕中，其净光合速 率、气孑l 导度、蒸腾速率均有不同程度的差别：p y l 幂j 净光合速率最高，h y 最低，j y 其次， 其d ? p y l , h y 高1 0 3 3 ；j y 的气孔导度最高，h y 最低，p y 其次，其d ? j y 比h y 高3 4 9 3 ；p y 的蒸腾速率最高，h y 最低，j y 其次，其d ? p y l , h y 高1 7 5 4 。这说明，p y 品系利用光能的 能力最强，净光合速率最大，而h y 品系则最小；j y 品系气孔开度最大，它使这种乌桐品 系在损失水分较少的条件下获取了最多的c 0 2 而h y 品系则最小；j y 品系蒸腾速率最大， 而p y 品系则最小。显然，在光合速率和净光合速率的表现上，不同品种乌桕与杂种是有区 别的。 经r a p d 分子标记检测证实了葡萄桕鸡爪桕的杂种真实性。本项研究为开展乌桕杂 交育种提供了重要的理论数据和参考资料。 关键词：能源植物，乌桐，杂交，光合生理 - - l a b s t r a c t t h ec u r r e n tg l o b a lf a c e ss e v e r ee n e r g ys h o r t a g ea n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o np r o b l e m s w i t ht h ei n c r e a s i n gd e p l e t i o no ff o s s i le n e r g y , i ti sa ni n e v i t a b l et r e n dt od e v e l o pr e n e w a b l e a n dg r e e n ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t e d ，a l t e r n a t i v ee n e r g y i ti sag r e a ts i g n i f i c a n c et oe f f o r t st o d e v e l o pb i o d i e s e la st h er e p r e s e n t a t i v eo fr e n e w a b l e b i o m a s se n e r g ya n dt oa l l e v i a t ee n e r g y s h o r t a g e sa n dp r o t e c tc h i n a se n e r g ys e c u r i t y s a p i u ms e b i f e r u mr o x b i sa l s oc a l l e do i l s e e d t r e ew h i c hs e e do i lc o n t e n ti su pt o41 o rm o r ew i t hh i g h - q u a l i t yb i o - d i e s e lr a wm a t e r i a l s p e c i e s h o w e v e r ，o u rc h i n e s et a l l o wt r e e sy i e l di s f a rl e s st h a nt h eo u t p u to ft h eu n i t e d s t a t e s t h e r e f o r e i ti sap a r a m o u n ti m p o r t a n c et os t u d yt h ev a r i o u sb i o l o g i c a l s t a t u so f c h i n e s et a l l o wt r e e ，p h o t o s y n t h e t i cp h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dm o l e c u l a rh y b r i d i z a t i o n e x p e r i m e n t s ，f o rb r e e d i n gh i g h y i e l dc h i n e s et a l l o wt r e es e e d s ，a n di n c r e a s ep r o d u c t i o n i n t h i sp a p e r , v e s i c u l a rt a l l o wp y , p a l m a t u mt a l l o wj ya n dt h e i rh y b r i dh yw e r eu s e dt os t u d y t h e i rm o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，b r a n c h i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，p h o t o s y n t h e t i cc h a r a c t e r i s t i c s a n dm o l e c u l a ri d e n t i f i c a t i o no ft h er e s u l t s t h es t u d yf o u n dt h a td i f f e r e n tt y p e so fc h i n e s et a l l o w c o m p a f i s o n t h eh y b r i dp l a n th e i g h th y t h eh i g h e s t ，p a r e n t p yt h es e c o n d ，a n o t h e rp a r e n t j yl o w e s t ， i nw h i c hh yh i g h e r4 0 3 7 t h a nt h ejy h yt h el a r g e s tn u m b e ro fb r a n c h e s ，p yt h es e c o n d ，j y l o w e s t ，i nw h i c hh yh i g h e r1 4 5 2 8 t h a nt h ej y h yr o u g h n e s so ft h es t e mt h el a r g e s t g r o u n d - b a s e d ，j yt h es e c o n d ，p yl o w e s t ，i nw h i c hh yh i g h e r2 3 0 8 t h a nt h ep y h yt h el a r g e s t n u m b e ro fl e a v e s h yt h el a r g e s tn u m b e ro fl e a v e s ，i nw h i c hh yh i g h e r2 0 7 4 1 t h a nt h ejy t h u s 。t h em o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fh y b r i dv e s i c u l a rt a l l o wp ya n dp a l m a t u mt a l l o w t h a nt h er e l e v a n tp a r a m e t e r st ob ee x c e l l e n t ，i n d i c a t i n gt h a tt h ec o m p a r a t i v ea d v a n t a g eo fi t s b l o o mh e t e r o s i sr e f l e c t st h ee v e nm o r es p e c i f i c d i f f e r e n tv a r i e t i e so fc h i n e s et a l l o wt r e e ，i t sl e a fa r e a ，c h l o r o p h y l lc o n t e n ta l s o h a v e v a r y i n gd e g r e e so fd i f f e r e n c e ：h yt h eh i g h e s tn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ，j ys e c o n d l y , p y t h e l o w e s t i nw h i c hh yh i g h e r1 6 0 7 1 t h a nt h ep y t h i ss h o w st h a t ，h yl e a v e so fm o s ts p e c i e s ， t h ea c c e p t a b l em a x i m u ml i g h t ；a n dp yi st h es m a l l e s ts p e c i e s h yt h eh i g h e s tc o n t e n to f c h l o r o p h y l l ，j ys e c o n d l y , p yt h el o w e s t ，i nw h i c hh yh i g h e r1 3 8 9 t h a nt h ep y ；c h l o r o p h y l l c o n t e n to ft h eh i g h e s tt y p eo fp h o t o s y n t h e s i sh yt h es t r o n g e s t ，w h i l et h ep ys p e c i e sa r et h e w e a k e s t b u tf o rd i f f e r e n tv a r i e t i e so fc h i n e s et a l l o wt r e el e a fg a se x c h a n g ep a r a m e t e r so f s t u d i e sh a v ef o u n dt h a td i f f e r e n ts p e c i e so fc h i n e s et a l l o wt r e e ，i t sn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ， s t o m a t a lc o n d u c t a n c e ，t r a n s p i r a t i o nr a t ec h a n g e sh a v eo c c u r r e di nv a r y i n gd e g r e e s ：p yt h e h i g h e s tn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ，h yam i n i m u m ，j ys e c o n d ，i nw h i c hp yh i g h e r10 3 3 t h a n t h eh y j yt h ch i g h e s ts t o m a t a lc o n d u c t a n c e ，h yam i n i m u m ，p ys e c o n d ，i nw h i c hj yh i g h e r 3 4 9 3 t h a nt h eh y p yt h eh i g h e s tt r a n s p i r a t i o nr a t e ，h yam i n i m u m ，j ys e c o n d ，i nw h i c hp y h i g h e r17 5 4 t h a nt h eh y t h i ss h o w st h a t ，p ys t r o n g e s ts t r a i n st h ea b i l i t yt ou s el i g h te n e r g y , p h o t o s y n t h e s i sm a x i m u m ，w h i l et h eh ys t r a i n sh a dt h el o w e s t ；j ys t r a i n so ft h el a r g e s t s t o m a t a la p e r t u r e ，w h i c ha l l o w st h ec h i n e s et a ll o wt r e el i n e si nt h el o s so fw a t e r u n d e rt h e c o n d i t i o n s o fl e s sa c c e s st ot h el a r g e s tn u m b e ro fc 0 2 ；t h eh ys t r a i nh a dt h el o w e s t ；j y m a x i m u mt r a n s p i r a t i o nr a t eo fs t r a i n ，w h i l et h ep ys t r a i nh a dt h el o w e s t c l e a r l y , i nt h e p h o t o s y n t h e t i cr a t ea n dn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t eo nt h ep e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tv a r i e t i e so f c h i n e s et a l l o wt r e ea n dt h eh y b r i di sad i f f e r e n c e t h ed e t e c t i o no fr a p dm o l e c u l a rm a r k e r sc o n f l r m e dt h ev e s i c u l a rt a l l o w p a l m a t u m t a l l o wa u t h e n t i c i t yo ft h eh y b r i d s c h i n e s et a l l o wt r e ef o rt h ec o n d u c to ft h i ss t u d yp r o v i d ea n i m p o r t a n tc r o s s - b r e e d i n gt h e o r e t i c a ld a t aa n dr e f e r e n c em a t e r i a l s k e y w o r d s ：e n e r g yp l a n t ，s a p i u m s e b i f e f l l mr o x b ，h y b r i d ，p h o t o s y n t h e t i cp h y s i o l o g y i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 1 文献综述1 1 1 乌桕的重要性1 1 2 植物的光合作用2 1 2 1 光合作用与植物产量2 1 2 2 叶绿素含量与光合作用3 1 2 3 光合作用的气孔限制与非气孔限制4 1 3 杂种优势研究5 1 3 1 杂种优势理论5 i 3 2 杂合性与杂种优势6 1 4 分子生物学研究一7 1 4 1 分子标记技术8 1 4 2p c r 技术8 1 4 3 琼脂糖凝胶电泳9 1 5 本论文的研究意义及主要内容一9 2 乌桕及其杂交后代的生物学特性研究11 2 1 材料与方法11 2 1 1 植物材料1 l 2 1 2 试验设计11 2 1 3 指标的测定及方法11 2 1 4 数据处理1 1 2 2 结果与分析1 2 2 2 1 不同品种乌桕的植株特点。1 2 2 2 4 不同品种乌桕形态学特征比较分析1 4 2 3 本章小结19 3 乌桕及其杂交后代的光合生理特性研究2 0 3 1 材料与方法2 0 3 1 1 植物材料2 0 i v 3 1 2 试验设计2 0 3 1 3 指标的测定及方法2 0 3 1 4 数据处理2 0 3 2 结果与分析2 l 3 2 1 不同品种乌桕净光合速率( p n ) 的变化2 l 3 2 2 不同品种乌桕气孔导度( g s ) 的变化2 l 3 2 3 不同品种乌桕蒸腾速率( t r ) 的变化2 2 3 3 本章小结2 2 4 乌桕杂交后代的分子标记鉴定2 4 4 1 材料与方法2 4 4 1 1 植物材料2 4 4 1 2 试验设计2 4 4 1 3 指标的测定及方法2 4 4 2 结果与分析2 5 4 2 1 总d n a 提取2 5 4 2 2p c r 扩增的结果一2 6 4 3 本章小结2 7 5 讨 念2 8 5 1 杂种优势明显存在于两种乌桕地方品种的杂交后代中2 8 5 2 杂种乌桕呈现的多样性为选择优良品种提供了良好条件2 8 5 3 杂种乌桕总光合速率与净光合速率的差异尚需进一步研究2 9 参考文献3 0 致谢3 3 v 图表清单 图2 1 不同品种乌桕生长情况1 2 图2 2 不同品种乌桕叶面积的变化1 3 图2 3 不同品种乌桕叶绿素含量的变化1 4 图2 4 不同品种乌桕株高的变化1 5 图2 5 不同品种乌桕分支数的变化1 6 图2 6 不同品种乌桕地基粗度的变化1 7 图2 7 不同品种乌桕叶片数的变化1 8 图3 1 不同品种乌桕净光合速率( p n ) 的变化2 4 图3 2 不同品种乌桕净气孔导度( g s ) 的变化2 5 图3 3 不同品种乌桕净光蒸腾速率( t r ) 的变化2 5 图4 1 总d n a 凝胶电泳图2 9 图4 2p c r 扩增产物凝胶电泳图2 9 表2 1 不同品种乌桕叶片面积的变化1 3 表2 2 不同品种乌桕叶绿素含量的变化1 4 表2 3 不同品种乌桕株高的变化1 5 表2 _ 4 不同品种乌桕分支数的变化1 6 表2 5 不同品种乌桕茎地基粗周长的变化1 7 表2 6 不同品种乌桕叶片数的变化1 8 表2 7 不同品种乌桕的第一分支高度及每个分支的长度1 9 v i 1 文献综述 1 文献综述 1 1 乌桕的重要性 能源植物是可以用作能源的植物。随着化石能源的不断面临枯竭，人们开始在世界 范围内寻找替代能源。可作为能源的植物有很多种类，主要是某些农作物及有机残留物， 林木、森林工业残留物，藻类、水生植物也是有待开发的能源植物。使用植物作为能源， 可以作为固体燃料，或借助科学方法转换为炭、可燃性气体或生物原油等。林业能源方 面，培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强的树木在国外已受到重视。中国林业科学 研究院试验研究，列出y 6 0 釜；种能源植物【引。森林能源的利用方法有两种：通过干馏的 方法来提取煤气、焦油和炭，或者直接燃烧取代石油植物，也是近年来开辟的一个新领 域。石油是不可再生的能源，所以它的枯竭是不可避免的，必然的结果。所以许多国家 都在进行替代能源的研究，能源植物的研究便应运而生了。美国诺贝尔奖获得者卡尔教 授，1 9 8 4 年就已经开发出首个人工石油植物，得到每公顷1 2 0 1 4 0 ( r 原油的收成。美国 现已种植石油植物多达几百万亩，英国也开发了1 5 0 万亩，而瑞士更是制订计划利用植 物石油取代全国半数石油消耗量【4 】。 随着越来越多国家采取鼓励可再生能源的政策和措施，可再生能源的生产规模和使 用范围正在不断扩大，2 0 0 7 年全球可再生能源发电能力已经达到了2 4 万兆瓦，1 ：1 5 2 0 0 4 年 增加了5 0 。2 0 0 7 年至少有6 0 多个国家制订了促进可持续能源发展的相关政策，欧盟己 建立了至u 2 0 2 0 年实现可持续能源占所有能源2 0 的日标，而中国也确立了至i j 2 0 2 0 年要使 可再生能源占总能源的比重达到1 5 的目标。 自2 0 0 6 年1 月可再生能源法实施以来，中国可再生能源已经进入快速发展时期。2 0 0 7 年中国可再生能源项目的总投资额已达到1 2 0 亿美元，名列世界第二。2 0 0 8 年11 月起陆 续公布的4 万亿投资计划中，也毫无悬念地出现了发展新型的清洁能源的投资计划，天 然气、核能、水能已经成为优先发展的目标。 根据中国中长期能源规划，2 0 2 0 年之前，中国基本上可以依赖常规能源满足国民经 济的发展和人民生活水平提高的能源需要，：至1 j 2 0 2 0 年全国可再生能源利用总量将相当于 6 4 l 吨标准煤，对中国能源的结构调整，减少温室气体排放，保护生态环境将发挥更大 作用。 乌桕( s a p i u ms e b i f e r g mr o x b ) 是一种理想的能源植物，它为大戟科落叶乔木，树冠 接近球形，小枝细，叶菱形、菱状卵形，先端突渐尖，基部宽楔形，全缘。叶柄细长， 湖北大学硕十学位论文 顶端长有2 腺体。花序顶生，花黄绿色。果扁球形，黑褐色，熟时开裂。种子黑色，外 被白蜡，宿存在果轴上经冬不落。花期5 7 月，果熟期1 旺1 1 月，乌桕义称木梓树或木 子树，是我国特有的术本汕料植物，为工业用木本汕料树种之一【5 】。乌桕是我国特有的 木本油料植物，与油茶、汕桐和核桃并称为我国四大木本汕料植物。但是，我国乌桕的 单产远远低于美国的产量。因此，研究乌桕的各种生物学性状、光合生理特性以及进行 杂交实验，对于选育高产乌桕良种，提高产量极为重要。 1 2 植物的光合作用 1 2 1 光合作用与植物产量 光合作用是植物产量形成的生物学基础，为植物产量的形成提供了主要的物质基 础。农业是光能推动的产业，并且植物的干物质中有9 0 - - - - 9 5 是有机物，也就是说， 组成植物躯体的干物质，主要是由光合作用所合成的有机物。显然，植物产量的高低， 与光合作用的强弱密切相关【6 】。但从另一方面来讲，植物的躯体各部分经济价值是不相 同的，例如种植水稻、小麦、油菜和大豆等植物主要是为了收获它的籽粒，其产量决定 于三个产量构成因素，即穗数、每穗粒数和千粒重。而籽粒则只是植物一生中全部光合 产物的一部分，而另一部分光合产物，则用于形成叶子、根等器官，还有一部分光合产 物，则在植物的生命过程中被用于呼吸作用而消耗了。另外对于比如种马铃薯、甘薯、 甜菜等主要为了收获块茎、块根等。因此，在收获中经济价值较高的部分就称为经济产 量，而植物的总重量则就是生物产量。经济产量与生物产量的比值就称为经济系数。另 外还有公式：经济产量= ( 光合面积宰光合速率光合时间光合产物的消耗) 奉经济系 数，生物产量= 光合面积幸光合速率光合时间光合产物的消槲7 】。可见决定植物产量 的因素有五个：光合速率、光合时间、叶面积、呼吸作用与经济系数。一切增产措施， 归根结底，就是要改变这五个因素，其中在这五个因素里面比较容易改变的是叶面积和 经济系数，而光合速率则是最关键的因素，它与许多条件都有密切关系。在长期的农业 实践中，人们一直通过施用肥料、水分以及选育、推j “株型合理、经济系数高的优良品 种来提高植物产量，虽然从某种程度上也已经获得了丰硕的成果，但是这方面的潜力却 是很有限的。因此，植物产量的进一步提高就必须从植物自身出发，即依赖于叶片光合 效率的改善和光合速率的提高【8 】。在这方面，b o t m a r 在1 9 6 2 年就曾从光合效率的角度讨 论了植物产量的高产潜力，并得到结论：提高植物光合效率是增进植物产量潜力的一个 很有希望的途径。在自然环境条件下，大气中的c 0 2 浓度本来就经常不能充分满足植物 2 1 文献综述 光合作用的需要，从而限制了植物产量的进一步提高。冈此，在环境胁迫条件下，植物 产生过剩的光能，就更加的阻碍了光合作用的正常进行，从而更加的限制了植物产量的 提高。总而言之，要提高植物的产量，就是要增加植物的光合作用，并控制其产物的分 配和转化【9 1 。 1 2 2 叶绿素含量与光合作用 ( 1 ) 叶绿素含量及其与光合速率的关系 叶绿体是植物细胞特有的并且非常重要的细胞器，它能将外界的光能转化为化学能 并贮存在植物体内。叶绿体中的淀粉粒是植物细胞碳水化合产物存在的主要形式之一， 它不仅可以为蛋白质的合成提供必要的碳架，而且它水解后还能释放出大量的能量，供 植物体自身使用。而叶绿素作为光合作用光合色素中重要的色素分子，不仅担当着植物 叶片顺利进行光合作用摄取光能的作用，并且还参与光合作用中光能的吸收、传递和转 化的功能，在光合作用中占有非常重要的地位。另外，叶绿素不仅是光合色素，而且还 是植物体内的内源抗氧化剂，除在光合作用中具有一些特殊的重要功能外，在细胞内还 可以吸收过剩的能量，淬灭活性氧，从而防止膜脂过氧化【1 0 1 。对叶绿素的含量而言，它 是植物生长的重要光合生理参数，它与光合特性密切相关，在一定范围内与光合速率成 正相关，其含量的高低直接反映出植物叶片光合能力的大小 1 1 】。牛立元等的研究表明， 叶绿素含量高，就能为光合作用提供更充足的光能，叶绿素含量的变化反映了叶片光合 生理特性的变化，因此通过对叶绿素含量的系统研究，就可以了解光合作用在植物一生 的变化。对于这一点，梁振兴等和王瑞英等【1 4 】也曾对小麦叶绿素含量变化规律做过系 统的研究。而张荣铣等【1 5 1 在研究叶绿素含量、叶片光合功能期与光合速率的关系时还发 现，在叶绿素缓降期间，叶片的光合速率与叶绿素含量高低竟然无关，但在叶绿素含量 速降期间叶绿素含量与光合速率却呈现正相关的变化趋势，而且在叶绿素含量缓降期的 长短与光合速率高值持续期的长短也呈现正相关关系。但是雷振生等【1 6 1 研究中发现：小 麦旗叶的叶绿素含量与净光合强度旱正相关。对于这点，彭永欣等【1 7 1 的研究也发现，花 后冠层叶绿素含量与光合强度之间呈现极显著的正相关关系。这与前人的研究有些不同 之处。综上所述，表明叶片中叶绿素含量高低是反应叶片光合性能的一个非常重要的指 标。 ( 2 ) s p a d 值与实际叶绿素含量的关系 s p a d 一5 0 2 型叶绿素计是日本美能达公司生产的一种直接测定叶片叶绿素含量的仪 器。它具有简便、快速且对植株无损害等优点，现已广泛应用于许多植物叶片叶绿素含 3 的叶绿素含量值与s p a d 值之间呈现极显著的正相关关系。而且在m o n j e 等【7 】和 m a r q u a r d t 2 3 1 的研究中也得到了类似这样的结果。胡颂平等甚至还发现了叶绿素含量与 s p a d 值之间有如下的转换数量关系：y = o 0 9 9 6 x - - 0 1 5 2 ( 其中：x = 叶绿素仪读数值， y = 叶绿素含量m g d m 。2 ) 。这说明用s p a d 5 0 2 型叶绿素计测定的数值是能够真实反应叶 片中叶绿素的含量的，其结果是真实可靠的。 1 2 3 光合作用的气孔限制与非气孔限制 光合作用的底物c 0 2 由空气中进入到植物叶片，然后再由植物叶肉细胞不断的进行 同化并消耗c 0 2 ，使细胞间隙中的c 0 2 浓度由此下降，从而形成了c 0 2 的内外浓度梯度， c 0 2 才得以继续通过气孔向叶肉细胞内扩散。因此，光合作用同时受到光合器官同化c 0 2 效率和光合羧化部位c 0 2 供应能力两方面的制约。在大气c 0 2 浓度一定的情况下，c 0 2 的扩散速率往往就成为光合作用主要的限制因子。但是如果叶肉细胞的同化能力很低 ( 比如遭到外界环境的胁迫) ，气孔即使处于开张状态，c 0 2 向叶内的扩散速率也不能加 快，说明在c 0 2 向羧化位点的扩散过程中，传送c 0 2 的能力由叶肉相对导度和气孑l 导度 1 文献综述 扩散，最后再由羧化酶将此c 0 2 进行同定。其中任何一个步骤的扩散速率在不同情况下 都可能成为其限制因子。比如，在清晨，随着光量子流密度( p f d ) 的不断增加，叶肉细 胞的同化能力迅速增强，虽然此时气孔开度也在不断的增大，但仍然不厶匕i = 舄t l e 。- j 足叶肉细胞 进行充分同化作用的要求；或者在遭到外界环境胁迫的条件下，气孔开度下降是一种保 护性的适应，但此时叶肉细胞的同化能力却还没有受到影响。在这两种情况下，若气孔 导度继续降低，就会导致光合作用所需要的底物c 0 2 的供应受到限制，那么，此时的气 孔导度就会成为限制光合作用的主要环节【2 6 】；反之，如果光合器官的羧化能力以及植物 细胞内部和叶肉细胞间隙的c 0 2 扩散速率都下降，那么非气孔限制凶素就成为导致光合 速率下降的主要因子【2 7 1 。 那么到底该怎么样在具体的问题上去区分这两种情况呢? 关于这一点，f a r q u h a r t 2 5 】 币1 s h a r k c y 就曾经在一篇关于光合作用与气孔导度的专论中指出，确定叶片光合速率的下 降主要是由气孔冈素限制还是由非气孔冈素限制，决定的一个尺度是光合速率( p n ) 与胞 间c 0 2 浓度( c i ) 是否在同一方向上变化，并在此基础上引申出气孔限制值( l s ，l s = i c i c a ) 这一概念。只有随着气孔的关闭( 将导致气孔导度g s 的减小) ，c i 值同时也相应下降，并 且气孔限制值增大时，才可以肯定的确定光合速率的下降是由气孔导度降低所造成的。 相反，如果随着叶片光合速率的降低伴随的却是c i 的不变，甚至还有提高，那么致使光 合速率下降的主要限制因素肯定是非气孔因素所造成的。利用这一原理，我们就可以将 光合作用的气孔限制因素与非气孔限制因素进行区分，这对于深入的分析外界环境条件 对光合作用的影响的实际情况是十分有利的。 1 3 杂种优势研究 1 3 1 杂种优势理论 杂种优势是生物界的普遍现象。广义的杂种优势是指两个遗传组成不同的纯合亲本 杂交所产生的f 1 在生长势、生活力、抗逆性、产量、品质等方面都优予双亲的现象。同 时也是指近交系间杂交时，因近交导致的适合度和生活力的丧失可因杂交而得到恢复的 现象。 杂种优势利用虽已在生产实践中得到广泛应用，但对其遗传机制，目前尚无十分明 确的结论，对其机制的解释多以假说为基础，缺乏有力的证据，其假说主要包括显性假 说和超显性假说。尽管杂种优势的利用在生产实践中取得了辉煌的成就，但在杂种优势 的理论研究发面，却远远滞后于实践。自b r u c e 和s h u l l 分别提出显性假说和超显性假说 至今近一个世纪的历史巾，杂种优势的理论研究并无实质性的进展，所有对杂种优势机 湖北大学颀十学位论文 理的阐述与说明都以这两个假说为基本依据的【2 8 1 。 显性学说认为，生物个体处于杂合念时，由于显性基因的存在，不同程度的消除了 隐性基因的有害或不利的效应，从而提高了杂合个体的生活力以及数量性状的效应值 等，因此表现出杂种优势。显性学说有时也叫“显性基因互补说”或“连锁有利显性基 因说”。根据这理论，杂种优势可以固定，因为在子代群体中，显性纯合体和杂合体 等效。 超显性学说认为，杂合子基因型值超过任何纯合子，杂种优势源于等位基因间的互 作。因此该学说又称为“等位基因互作说”或“杂合性学说”。根据此学说，等位基因 间没有明显的显、隐性差异，同时杂种优势完全不能固定，因为等位基因一旦纯合，杂 种优势就消失。 1 3 2 杂合性与杂种优势 近年来，杂合性与杂种优势的相关性成为研究者重点探讨的内容。显性假说和超显 性假说都认为杂种优势来源于遗传物质的杂合性，是等位基因间相互作用的结果。杂合 性产生于亲本间的遗传差异，而遗传差异则是由两个亲本等位基因的频率不同引起的。 人们通常用遗传距离来表示亲本间的遗传差异性，探测杂合性与杂种优势的关系。 s c h w a r t z 首先在玉米杂种优势的研究中将同工酶差异与杂种优势相联系，由此推动了生 理生化等标记与杂种优势关系研究的广泛开展。早期许多的研究发现亲本间酶谱的差 异，以及f 1 酶诸如杂种酶谱带、互补带的出现和酶活性的提高与杂种优势存在着一定的 关系 2 9 1 。 随着分子生物学的发展，分子标记技术的出现，为进一步深入研究杂种优势提供了 更好的技术手段。自从r f l p 技术出现以来，利用分子标记技术揭示的亲本间d n a 的杂 合性米研究杂种优势的遗传机理已有大量的文献报道。并且还比较了不同方法在不同植 物间的差异【3 们。由于不同的研究者采用的材料不同、试验环境不同等原因，得出了不一 致的结论。s m i t h 3 1 1 用2 3 0 个r f l p 标记分析了3 7 个玉米自交系的1 2 3 个杂交结合的异质 性，表明杂合程度与杂种优势高度相关。l e e 、f i g d o r e 、s t u b e r 3 2 1 等通过不同的实验发 现杂种优势的表现与杂合性存在着较强的相关。c h e r e s 3 3 】等在向日葵中利用a f l p 标记 揭示的遗传距离和产量的相关性进行了分析，发现遗传距离和产量之间呈显著的正相 关。曹永副3 4 1 等利用s s r 标记研究t s s r 标记和玉米杂种优势问的关系，自交系问s s r 分子标记的遗传距离与产量及杂种优势相关极显著，但相关系数较小，分别为0 4 4 3 和 0 31 0 ，分群后进行相关的分析表明，遗传距离与产量及遗传距离与杂种优势的相关系数 6 1 文献综述 分别提高到了0 6 8 和0 6 1 ，均达到极度显著水平。s a g h a i 等发现f l 杂种分子标记的杂合性 同f 1 的稻谷产量和完整米产量以及其杂种优势均呈显著的正相关，这种相关性应归功于 组合亲本问的高水平杂合性【”】。 但另一方面，d u d l e y 等1 3 6 】的研究结果却表明遗传距离与产量优势间的相关性较低。 c e m a 等利用r f l p 研究发现，在大豆中遗传距离与产量的优势之间没有相关性，而用同 工酶研究则有一定的相关性。k a t o 等研究了水稻遗传标记与杂种优势的关系，表明其杂 种优势与亲本的差异性有一定的相关，但此相关性还难以用来预测杂种优势。x i a o 等【3 7 】 用基于p c r 的分子标记分析杂交水稻认为，遗传距离与杂种表现和杂种优势的相关性取 决于所研究的杂种类型。m o s e r 研究发现基因型杂合度与杂种表现及杂种优势的相关性 在不同材料中表现出较大的差异。唐梅等用分布于水稻的整个基因